一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪及装配方法组成比例

一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪及装配方法，属于惯性测量技术领域，通过采用把光源、探测器等热源安装在光纤陀螺仪结构本体外部，实现与光纤陀螺仪内部热量的物理隔离；通过采用隔热环设计，实现耦合器、Y波导、无骨架浸胶光纤环与磁屏蔽桶热量的物理隔离；通过采用隔热环设计，实现光纤陀螺仪结构件热量与磁屏蔽桶的物理隔离；通过建立热力学分析模型，开展温度循环条件下热性能的分析和计算；确保了光纤陀螺仪温度性能的稳定性。通过采用钴基非晶材料制作磁屏蔽桶实现提高光纤陀螺仪磁屏蔽性能的目的；通过采用钴基非晶材材料制作磁屏蔽桶、磁屏蔽网实现光纤陀螺仪全空间、全器件磁屏蔽的目的。

A fiber optic gyroscope based on single-layer magnetic shield and double-layer heat insulation and its assembly method

【技术实现步骤摘要】
一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪及装配方法
本专利技术涉及一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪及装配方法，特别涉及一种用于火箭、导弹、航天器姿态控制的单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪，属于惯性测量

技术介绍
随着火箭、导弹、航天器应用技术的不断发展，对火箭、导弹、航天器的可靠性要求不断提高。普遍要求10～15年内产品性能稳定可靠。光纤陀螺仪作为火箭、导弹、航天器控制系统的重要测量部件，在火箭、导弹、航天器上的运用越来越广泛，其性能可靠性高低直接影响火箭、导弹、航天器使用可靠性。光纤陀螺仪由光源、探测器、耦合器、Y波导、无骨架浸胶光纤环五个光学器件以及支撑光学器件的机械结构组成；其中光源、探测器在工作时会产生大量的热能，而耦合器、Y波导、无骨架浸胶光纤环工作时不产生热量，而变化的热量会直接影响在耦合器、Y波导、无骨架浸胶光纤环内传输的光波的性能，导致高精度、高可靠光纤陀螺仪性能不稳定，甚至是性能下降，因此光纤陀螺仪的隔热设计是高精度、高可靠光纤陀螺仪重要技术参数。地磁或其他静磁及变化的磁场是影响光纤陀螺仪光波参数的另一个重要因素，也叫磁光法拉第效应，会使光波传输方向发生偏转，导致光纤陀螺仪性能下降，因此静磁屏蔽设计指标是高精度、高可靠光纤陀螺仪重要技术参数。目前光纤陀螺仪的隔热设计存在以下缺陷：1)目前的光纤陀螺仪在环境温度变化较大时(一般指温变率大于5℃/h)会导致其性能下降，主要采取温度建模的方法进行温度性能参数补偿，温度建模需要占用设备且花费很多时间，从而延长了研制周期。2)目前的光纤陀螺仪没有专门的隔热或绝热设计，光学器件和周围环境没有形成有效的物理隔离，造成外部环境温度变化时直接影响产品性能。3)目前的光纤陀螺仪中的所有器件均固定在一个结构本体内，内部产生的热量造成部分光学器件性能下降，导致整个光纤陀螺仪的技术指标不满足设计要求。4)目前的光纤陀螺仪中，探测器固定在电路板上，由于电路板与金属材料相比热阻较大，其工作时产生的热量不能很好地及时传输出去，造成探测器温度长期在较高的环境下工作，直接影响产品使用寿命。5)目前光纤陀螺仪设计过程中，没有温度循环条件下热分析和计算模型，造成热性能不可控。6)目前光纤陀螺仪的磁屏蔽设计存在以下缺陷：a.目前光纤陀螺仪使用铁镍合金(密度：8.75g/m3)进行磁屏蔽，该材料密度较大，增加了产品的重量指标。b.目前光纤陀螺仪采用铁镍合金制作成上盖和下盖的方式实现磁屏蔽，没有实现全空间、全器件磁屏蔽，整个光纤陀螺仪的屏蔽效果差。c.为满足宇航产品热控指标要求，目前光纤陀螺仪铁镍合金结构外壳进行了喷漆处理，而喷漆前结构表面的去氧化处理工艺会降低铁镍合金的磁屏蔽性能。d.目前光纤陀螺仪使用铁镍合金作为结构外壳，由于铁镍合金热处理后表面形成金属印泽，非常不美观。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪及装配方法，通过采用把光源、探测器等热源安装在光纤陀螺仪结构本体外部，实现与光纤陀螺仪内部热量的物理隔离；通过采用隔热环设计，实现耦合器、Y波导、无骨架浸胶光纤环与磁屏蔽桶热量的物理隔离；通过采用隔热环设计，实现光纤陀螺仪结构件热量与磁屏蔽桶的物理隔离；通过采用把探测器和光源固定在光纤陀螺组合结构本上的设计，实现功率器件热量的有效传输；通过建立热力学分析模型，开展温度循环条件下热性能的分析和计算；确保了光纤陀螺仪温度性能的稳定性。通过采用钴基非晶材材料制作磁屏蔽桶实现光纤陀螺仪减重的目的；通过采用钴基非晶材材料制作磁屏蔽桶实现提高光纤陀螺仪磁屏蔽性能的目的；通过采用钴基非晶材材料制作磁屏蔽桶、磁屏蔽网实现光纤陀螺仪全空间、全器件磁屏蔽的目的。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪，包括光纤环、耦合器、Y波导、探测器、光源、光纤环隔热环、磁屏蔽桶、磁屏蔽桶隔热环、结构本体、底盖；所述光纤环、耦合器、Y波导均安装在磁屏蔽桶内；所述耦合器、Y波导均固定在磁屏蔽桶的底座上，所述光纤环通过过盈配合固定在磁屏蔽桶内，且光纤环靠近磁屏蔽桶两端的侧面上安装有所述光纤环隔热环；所述结构本体和底盖连接后形成具有腔体的第二整体；将所述光纤环、耦合器、Y波导、磁屏蔽桶作为第一整体安装在所述腔体内，所述第一整体靠近所述腔体两端的侧面上安装有所述磁屏蔽桶隔热环；所述第一整体与结构本体之间为过盈配合；所述探测器和光源均位于第二整体外部；所述光纤环、耦合器、Y波导、探测器、光源之间所有的连接光纤均包覆有磁屏蔽网；所述磁屏蔽桶的底座、磁屏蔽桶的壁厚均与磁屏蔽桶的上盖厚度δ相等，δ＝(b-a)/2式中，b为磁屏蔽桶的外径，a为磁屏蔽桶的内径；其中a、b满足如下条件：式中，μr为磁屏蔽材料相对磁导率。优选的，所述光纤环为无骨架浸胶光纤环。优选的，所述耦合器、Y波导均通过环氧胶固定在磁屏蔽桶的底座上。优选的，所述光纤环隔热环和磁屏蔽桶隔热环均采用胶木化环氧玻璃布板制成。优选的，所述磁屏蔽网采用铁镍合金或钴基软磁非晶合金制成。优选的，所述磁屏蔽桶的底座和磁屏蔽桶的上盖均设有牙口，用于磁屏蔽桶的底座和磁屏蔽桶的上盖连接。一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪的装配方法，包括如下步骤：S1、在光纤环的两个侧面均安装光纤环隔热环后，装入磁屏蔽桶的底座内，光纤环与磁屏蔽桶之间为过盈配合；S2、将耦合器、Y波导均安装在磁屏蔽桶的底座内，然后将光纤环、耦合器、Y波导之间的光纤进行熔接，将耦合器上与Y波导相连的一端熔接，将Y波导上与光纤环相连的一端熔接，将Y波导上与光纤环相连的另一端熔接；S3、将耦合器上与探测器相连的光纤、耦合器上与光源相连的光纤均由磁屏蔽桶的上盖出线孔穿出，然后将磁屏蔽桶的上盖与磁屏蔽桶的底座连接；所述光纤环、耦合器、Y波导、磁屏蔽桶作为第一整体；S4、在第一整体的两个侧面均安装磁屏蔽桶隔热环后，装入结构本体内，第一整体与结构本体之间为过盈配合；将耦合器上与探测器相连的光纤、耦合器上与光源相连的光纤均由底盖上的出线孔穿出，然后将底盖与结构本体连接；S5、将探测器与耦合器引出的光纤熔接，将光源与耦合器引出的光纤熔接，在底盖之外所有光纤上安装磁屏蔽网；所述磁屏蔽桶的底座、磁屏蔽桶的壁厚均与磁屏蔽桶的上盖厚度δ相等，δ＝(b-a)/2式中，b为磁屏蔽桶的外径，a为磁屏蔽桶的内径；其中a、b满足如下条件：式中，μr为磁屏蔽材料相对磁导率。优选的，所述耦合器、Y波导均通过环氧胶固定在磁屏蔽桶的底座上。优选的，所述光纤环隔热环和磁屏蔽桶隔热环均采用胶木化环氧玻璃布板制成。优选的，所述磁屏蔽网采用铁镍合金或钴基软磁非晶合金制成。优选的，所述磁屏蔽桶的底座和磁屏蔽桶的上盖均设有牙口，用于磁屏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪，其特征在于，包括光纤环、耦合器、Y波导、探测器、光源、光纤环隔热环、磁屏蔽桶、磁屏蔽桶隔热环、结构本体、底盖；/n所述光纤环、耦合器、Y波导均安装在磁屏蔽桶内；所述耦合器、Y波导均固定在磁屏蔽桶的底座上，所述光纤环通过过盈配合固定在磁屏蔽桶内，且光纤环靠近磁屏蔽桶两端的侧面上安装有所述光纤环隔热环；/n所述结构本体和底盖连接后形成具有腔体的第二整体；将所述光纤环、耦合器、Y波导、磁屏蔽桶作为第一整体安装在所述腔体内，所述第一整体靠近所述腔体两端的侧面上安装有所述磁屏蔽桶隔热环；所述第一整体与结构本体之间为过盈配合；/n所述探测器和光源均位于第二整体外部；所述光纤环、耦合器、Y波导、探测器、光源之间所有的连接光纤均包覆有磁屏蔽网；/n所述磁屏蔽桶的底座、磁屏蔽桶的壁厚均与磁屏蔽桶的上盖厚度δ相等，/nδ＝(b-a)/2/n式中，b为磁屏蔽桶的外径，a为磁屏蔽桶的内径；其中a、b满足如下条件：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪，其特征在于，包括光纤环、耦合器、Y波导、探测器、光源、光纤环隔热环、磁屏蔽桶、磁屏蔽桶隔热环、结构本体、底盖；
所述光纤环、耦合器、Y波导均安装在磁屏蔽桶内；所述耦合器、Y波导均固定在磁屏蔽桶的底座上，所述光纤环通过过盈配合固定在磁屏蔽桶内，且光纤环靠近磁屏蔽桶两端的侧面上安装有所述光纤环隔热环；
所述结构本体和底盖连接后形成具有腔体的第二整体；将所述光纤环、耦合器、Y波导、磁屏蔽桶作为第一整体安装在所述腔体内，所述第一整体靠近所述腔体两端的侧面上安装有所述磁屏蔽桶隔热环；所述第一整体与结构本体之间为过盈配合；
所述探测器和光源均位于第二整体外部；所述光纤环、耦合器、Y波导、探测器、光源之间所有的连接光纤均包覆有磁屏蔽网；
所述磁屏蔽桶的底座、磁屏蔽桶的壁厚均与磁屏蔽桶的上盖厚度δ相等，
δ＝(b-a)/2
式中，b为磁屏蔽桶的外径，a为磁屏蔽桶的内径；其中a、b满足如下条件：



式中，μr为磁屏蔽材料相对磁导率。


2.根据权利要求1所述的一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪，其特征在于，所述光纤环为无骨架浸胶光纤环。


3.根据权利要求1所述的一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪，其特征在于，所述耦合器、Y波导均通过环氧胶固定在磁屏蔽桶的底座上。


4.根据权利要求1所述的一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪，其特征在于，所述光纤环隔热环和磁屏蔽桶隔热环均采用胶木化环氧玻璃布板制成。


5.根据权利要求1所述的一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪，其特征在于，所述磁屏蔽网采用铁镍合金或钴基软磁非晶合金制成。


6.根据权利要求1所述的一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪，其特征在于，所述磁屏蔽桶的底座和磁屏蔽桶的上盖均设有牙口，用于磁屏蔽桶的底座和磁屏蔽桶的上盖连接。


7.一种基于单层磁屏蔽和双层隔热的光纤陀螺仪的装配方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王继林，孟祥涛，张永生，郭万超，左明璐，杨强，
申请(专利权)人：北京航天时代光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11